A híd alaprajzi elhelyezése

A vasúti híd által áthidalt akadály a 2 × 3 sávos Bartók Béla út, középen kétirányú villamospályával és az út két oldalán gyalogosjárdával. Közvetlenül a híd alatt keresztezi a Bartók Béla utat a Tétényi út, így a csomópont jelentős közúti forgalmat bonyolít le. Az új híd a jelenlegi híddal párhuzamos, a szerkezetek szélei közötti távolság 1,5 m, alaprajzi elhelyezése az 1. ábrán látható. A tervezett vasúti vágány 720 m sugarú ívben van, amire egyrészt az új híd főtartó távolságának felvételénél, másrészt a méretezés során is tekintettel kellett lenni. A vágány ívessége miatt az egyik főtartó ugyanis többletterhelést kap.

A híd alaprajzi elhelyezésében még egy szempontot kellett figyelembe venni. Tervbe van véve a jelenlegi közúti csomópont körforgalmú csomóponttá alakítása is.
A tervezett csomópont átalakítását az 1. ábrán szaggatott vonal jelöli. A távlati csomópontfejlesztés miatt a hídfők kialakításánál figyelembe kellett venni, hogy a közútfejlesztés aktuálissá válásakor azok nagyobb beavatkozás nélkül pillérekké alakíthatók legyenek. Ekkor a körforgalmú közúti csomóponton kívül új hídfőket kell építeni. Az új hídfőkre és a pillérekké alakított régi hídfőkre gerinclemezes hidak épülnek, ezek megtervezése nem része a diplomatervnek.

Vázlattervi változatok, közelítő számítás

Esztétikai elvárás, hogy az új híd megjelenésében és kialakításában csak kismértékben térjen el a régebbitől. Ezért az ívhidak családjából alapvetően a régi hídhoz hasonló, alsópályás Langer-tartós álív kialakítású hidak jöhetnek számításba. Magyarországon a vasúti forgalom számára összesen négy hasonló szerkezet épült. E hidak pályaszerkezeti és ívkialakításainak tanulmányozása alapján készítettem el a vázlattervi változatokat.
Az első változat oldalnézetében a jelenlegi hídhoz hasonló. A függesztőrudak egymással párhuzamos kialakításúak (2., 3. ábra). A híd ágyazatátvezetéses ortotróp pályaszerkezetű. Az ív vonalvezetése másodfokú parabolával jellemezhető. Az ívek között kapuzat és felső szélrácsrendszer van kiépítve. Alsó szélrácsrendszer nincs.

                                                                                                                                                          
A második vázlattervi változat az előzőtől annyiban különbözik, hogy a függesztőrudak oldalnézetben nem párhuzamosak, hanem V alakú elrendezést követnek. Az ívek között ennél a változatnál nincs sem kapuzat, sem felső szélrács. Ez a változtatás a híd stabilitását jelentősen befolyásolja. A 2. változatú híd pályaszerkezetének kialakításában is eltér az elsőtől. Ennél a változatnál EDILON rendszerű rugalmasan ágyazott sínleerősítést választottam. A hidak szerkezeti elemeinek szelvényei a következők: a merevítőtartók és a függesztőrudak I keresztmetszetűek, az ív ? alakú, a bordák trapézbordák, a szélrács melegen hengerelt szelvényekből áll. A felső szélrácsrendszer ún. oszlopos-rombikus kialakítású. A közelítő méretfelvételnél a meglévő híd méretei voltak irányadóak.
A híd támaszköze 67,14 m. Az ív nyílásmagassága ~12 m, a függesztőrudak kiosztása ~7,5 m, valamint a merevítőtartó magassága ~3 m közel azonos a régi híd megegyező geometriai jellemzőivel. Esztétikailag ez a méretfelvétel azért kedvező, mert így a két híd oldalnézetben takarja egymást.
A főtartók egymástól való távolsága mindkét változat esetén a híd hossza mentén egységesen 6,00 m. Így biztosíthatók a szabadon tartandó térre vonatkozó előírások. A hídon a vágány ívben halad, ezért az űrszelvény méreteit a 720 m sugarú ívnek megfelelően – Az országos közforgalmú vasutak pályatervezési utasítása alapján – mindkét irányban 50 mm-es ívpótlékkal kellett megnövelni. Figyelemmel kellett lenni arra is, hogy a hidak alatt forgalom van, a közúti űrszelvényt a híd alatt biztosítani kell.
Mind a közelítő, mind a részletes számítás során az Eurocode előírásait alkalmaztam. Néhány vizsgálat és tényező megválasztása esetén a Vasúti hidak méretezésének általános előírásai című H.1.2.-es MÁV-utasítás volt a mérvadó. Az alkalmazott hasznos teher SW/2. Ennek alkalmazása azért indokolt, mert a híd nemzetközi vasútvonal része.
A fáradásvizsgálatokhoz az LM71-es terhet vettem figyelembe. A közelítő számításoknál az igénybevételeket síkbeli végeselem-modell segítségével határoztam meg. A merevítőtartó keresztmetszete esetén a shear-lag hatást figyelembe vevő effektív keresztmetszetet alkalmaztam. Az ívstabilitást azonban nem e modellek, hanem a szakirodalomban fellelhető közelítő eljárások alapján végeztem. Ezek a kihajlási tényező meghatározásán alapulnak. A vizsgált szerkezeti elemek különböző kihasználtságai a közelítő számítás során 80-90% között mozognak.

A változatok összehasonlítása

A második változatnál az ágyazatátvezetés hiánya mind a kereszttartó, mind a főtartó szempontjából jelentős változást okozott. Ugyanis ebben az esetben az ágyazat kedvező teherelosztó hatása nem jelentkezik, és így a hasznos teher a pályalemezen és a kereszttartókon koncentráltan hat. Emiatt növekednek az igénybevételek. Hasonló okok miatt az ágyazat hiányából származó hátrány a kereszttartók közelítő fáradásvizsgálatánál is jelentkezik. Mivel a vágány a hídon ívben helyezkedik el, ezért a sínszálak között túlemelés kialakítása szükséges. Ennek az értéke 20 mm. Ezt a túlemelést az ágyazatátvezetéses esetben a vasúti pályát építő gépek könnyedén beszabályozzák. Közvetlen sínleerősítés esetén az ív külső oldali sínszálának EDILON leerősítése alá egy kiegészítő, 20 mm vastag lemezt kell elhelyezni, mely biztosítja a sínkoronaszintek közti túlemelést.
A két változat az ívstabilitás szempontjából is különbözik egymástól. Az ágyazatátvezetéses esetben az ívek kapuzattal és vízszintes szélrács rendszerrel vannak megmerevítve és egymáshoz kapcsolva. Ebben az esetben a síkbeli ívstabilitás-vesztés a mértékadó. Mértékadó lehet továbbá a portál (kapuzat) stabilitása is. Ennek vizsgálatát a részletes VEM modell tartalmazza. Közelítő számítás szinten vizsgáltam a portál előtti ívszakasz kihajlását. A második esetben az ívek nincsenek merevítve oldalirányban, ezért ebben az esetben a térbeli stabilitásvesztést is vizsgálni kell.
A szerkezetek közös sajátossága az ív és merevítőtartó 1,31 m-es külpontossága, és az, hogy az ebből származó támasz feletti nyomatékot mindkét esetben megfelelő módon figyelembe kell venni. Az acélfelhasználás tekintetében az első változat a kedvezőtlenebb.
A két változat közül az előnyök és hátrányok mérlegelése alapján végül a konzulensekkel egyetértésben úgy döntöttem, hogy az első vázlattervi változatot, az ágyazatátvezetéses szerkezet részletes statikai számítását dolgozom ki.

A kiválasztott szerkezet részletes számítása

A részletes számításhoz a fent ismertetett szerkezetre egy térbeli végeselem-modellt építettem, és az egyes szerkezeti elemeket ez alapján vizsgáltam. A modellt az AXIS VM10 statikai méretező és számító programrendszer segítségével készítettem el, mely összességében egy rúd-héj modell. Ennek a felépítése a következő: a pályalemez a programban héjelemként lett definiálva. Ehhez csatlakoznak bordaelemként a súlypontok külpontosságainak megfelelő beállításával a hosszbordák, a két merevítőtartó, a vég- és a közbenső kereszttartók. Az ívet és a merevítőtartót a külpontosság miatt merevelem köti össze. A függesztőrudak az ívhez és a merevítőtartóhoz erős tengelyük körül befogottként, gyenge tengelyük körül csuklósként csatlakoznak.
A szélrács rendszer és kapuzati keresztkötés rúdelemként lett definiálva. A hasznos teher megadásánál a szabvány szerint figyelembe vettem az ágyazat teherelosztó hatását, valamint a vágány ívességét is. Ahol lehetett, és érdemes volt, ott az igénybevételek alakulását követtem a keresztmetszetek megfelelő megválasztásával. A VEM modell felépítése és a mértékadó globális kihajlási alak
a 4. ábrán látható.

A műtárgy kapcsolatait (5., 6., 7. ábra) tekintve mind hegesztett, mind csavarozott megoldásokat is alkalmaztam. Az ív egyen-teherbírású hevederes csavarozott kapcsolattal csatlakozik a merevítőtartó oldalához hegesztett csomólemezhez.

Az ívek ugyanígy csatlakoznak egymáshoz a harmadolópontba tervezett szelvényváltásnál is, amely egyúttal azok szerelési egységeinek határa is. A szelvényváltás miatt az övben hézagolólemez alkalmazása szükséges. A függesztőrudak övlemezét sarokvarrattal kell az ív gerincének belső éléhez hegeszteni. A függesztőrudak továbbá egyen-teherbírású hevederes csavarozott kapcsolattal csatlakoznak a merevítőtartó oldalához rögzített T alakú bordákhoz.
A fáradásvizsgálatot a kár egyenértékűségi módszerrel végeztem el. A vizsgálat során kritikus volt a hosszbordákban ébredő feszültségek megfeleltetése. A használhatósági határállapotok vizsgálata alapján
a tartó a rugalmas viselkedés, a lehajlás, a támaszponti szögelfordulás, a vízszintes eltolódások és a sajátfrekvenciák tekintetében is megfelelő. A maximális lehajlás az ívhidakra jellemző féloldalas terhelésből adódik, és értéke 49 mm.
A rendkívüli állapotok közül földrengésvizsgálatra ellenőriztem a tartót. A földrengésszámításhoz a végeselem-modellt a hídfőkkel is kiegészítettem a felszerkezet megfelelő megtámasztási viszonyainak kialakításával. A vizsgálat eredményeképpen a felszerkezet egyik elemében sem keletkezett teherbírási határállapotnál nagyobb igénybevétel. A szerkezetet Maurer-típusú acéllemez betétes neoprén saruk támasztják alá. A részletes számításban ezeknek a szabvány szerinti méretezésére is kitértem. Így azok képesek az acélhidak esetén előírt +50 °C és –30 °C közötti ±40 °C-os hídmozgásból származó eltolódás elviselésére, továbbá megfelelnek a hídtengely irányú és a hídtengelyre merőleges eltolódásból származó szögtorzulásra vonatkozó korlátokra is.

Építéstechnológia

Fontos, hogy az építkezés a közúti és villamosforgalmat lehetőleg csak csekély mértékben akadályozza. Ezért az építést segédjármok segítségével kell megoldani. A híd három fázisban épül meg (8. ábra). Az első fázisban segédjárom alátámasztással a merevítőtartó készül el. Ehhez a harmadolópontokban helyszíni hegesztett illesztés kialakítása szükséges. A következő fő fázisban az ív szerelési egységeit kell beépíteni. Ehhez újabb, a hídra épített állványzat felépítése szükséges, mely az ívszakaszokat a harmadolópontokban alátámasztja. Ezek az egységek – az előző pontban leírtaknak megfelelően – helyszíni NF csavaros kapcsolattal csatlakoznak a merevítőtartóhoz. Ezek után a szélső harmadokban a függesztőrudak beszerelése következik. A harmadik építési fázisban a középső ívszakasz beépítése szükséges. Ez helyszíni NF csavaros kapcsolattal csatlakozik a megelőző ívszakaszhoz. Ezek után a középső szakaszon szükséges a függesztőrudak beszerelése. Az állványzat elbontása után a híd szigetelése a feladat. Ez Servidek/Servipak rendszerű. Végezetül következhetnek a vasútépítési munkálatok (ágyazatterítés, vágányépítés). A vágány megépítését követően megtörténhet a híd Vasúti Hídszabályzat szerinti hídvizsgálata, próbaterhelése. Ezt követően a műtárgy forgalomba helyezhető, s azon a vasúti forgalom megindítható.

Irodalomjegyzék
Udvarhelyi Ádám: Bartók Béla úti vasúti híd bővítése új acélszerkezetű ívhíddal. Diplomamunka, BME, 2012)
Vasúti hidak a Budapesti Igazgatóság területén. Vasúti Hidak Alapítvány, 2007.